Хэллем Э. Интерпретация фаций и стратиграфическая последовательность

Подождите немного. Документ загружается.

УСЛОВИЯ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ

И ФАЦИИ ОТКРЫТОГО МОРЯ

Изучение морских отложений

содержащихся

в них

остатков

организмов представляет большие трудности,

чем

анализ осад-

ков континентов

континентальных окраин. Причин здесь

не-

сколько. Морские осадки менее доступны,

так как они

пол-

ностью находятся

под

водой,

и их

приходится исследовать

по

образцам, добытым

при

помощи драги

или

грунтовой трубки,

с привлечением подводной фотографии

акустических методов

изучения крупных структурных форм.

ограниченных

по

пло-

щади районах проницаемого

для

солнечных лучей мелководья

можно проводить

непосредственные наблюдения, погружаясь

для этого

на

морское

дно (с

аквалангами

или в

специальных

аппаратах). Большие области континентального шельфа

по-

крыты плейстоценовыми реликтовыми песками,

что

осложняет

непосредственное сопоставление осадков

современным гид-

рологическим режимом. Кроме того, гидрологические процессы,

в частности приливы, прибой

штормы

на

мелководье

и тур-

биднтные потоки

на

больших глубинах носят сложный характер,

а образованные физическими явлениями осадочные текстуры

на

мелководье часто оказываются уничтоженными

результате

ин-

тенсивной переработки донными организмами.

Тем не

менее

в последние годы

морских условиях осадконакопления уда-

лось узнать достаточно много, чтобы подтвердить некоторые

хо-

рошо обоснованные обобщения, давно используемые

для ин-

терпретации древних морских отложений.

Принято различать мелководные морские,

или

неритовые,

отложения континентального шельфа

отложения подводного

склона, обычно более глубоководные, относящиеся главным

об-

разом

батиальной

абиссальной зонам; помимо этого, среди

морских отложений выделяют кремнисто-обломочные

карбо-

натные породы.

МЕЛКОВОДНЫЕ МОРСКИЕ РЕЖИМЫ

Нормальные прибрежные

настоящие

морские районы

кремнисто-обломочного

осадконакопления.

Большая часть пло-

щади современного континентального шельфа покрыта чехлом

ОСЛДКОНАКОПЛЕНИС И ФАЦИИ ОТКРЫТОГО МОРЯ

кремнисто-обломочных осадков. Чаще всего во внешней зоне

шельфа встречается реликтовый песчаный чехол доголоценовых

отложений, не соответствующий процессам, действующим ныне,

а па внутреннем шельфе, ближе к берегу, располагается песча-

ная призма пляжей, предфронтальной зоны и береговых баров.

Нередко верхняя часть шельфа бывает покрыта илистыми осад-

ками, располагающимися ближе к берегу, чем реликтовые пе-

ски,

но иногда илистый чехол покрывает весь шельф или только

его внешнюю зону. Непосредственное поступление осадков из

рек не играет значительной роли, за исключением приустьевых

участков крупнейших рек, таких, как Амазонка, Миссисипи и

Ганг—Брахмапутра, где илистые осадки покрывают шельф на

всю его ширину. Некоторые эстуарии получают осадочный ма-

териал со стороны моря

[251].

Бентосная биомасса в наибольшей степени сосредоточена

па континентальном шельфе, где она составляет 150—500 г/м

тогда как на абиссальных равнинах всего лишь 1 г/м

[322],

Скопления бентосных организмов оказывают большое воздейст-

вие на изменение осадочного материала. Там, где таких орга-

низмов мало: в подвижном субстрате или на его поверхности,

по которой происходит активная транспортировка влекомых на-

сосов,—

тонкозернистые отложения характеризуются большей

сохранностью и содержат богатую фауну. Осадочный материал

поступает в большом количестве, а постоянная переработка ор-

ганизмами и флокуляция (слипание коллоидных частиц) нару-

шают стабильность верхнего слоя осадков (измеряемого пер-

выми сантиметрами)—осадок приобретает тиксотропные свой-

ства

[380].

С другой стороны, морская трава, водоросли и

органические поверхностные пленки могут оказывать стабили-

зирующее действие.

Скорость приливного течения тестю связана с высотой при-

лива и достигает наибольших значений там, где происходит

резонансное усиление приливов, как, например, в заливе Фандн

(атлантическое побережье Канады). Этот залив известен са-

мыми высокими в мире приливами, достигающими 15 м, при

этом скорость приливного течения составляет 1—2 м/с. При вы-

соте прилива 3—4 м наблюдаются скорости 60—100 см/с. Все

большее значение придается влиянию отдельных штормов на

осодконакопление; появилась теория, в которой штормовые ус-

ловия противопоставляются условиям спокойного моря

[458].

Таким образом, имеет смысл различать условия шельфового

осадконакопления,

контролируемые

приливами,

и условия шель-

фового осадконакопления,

^контролируемые штормами

[251].

Характерная черта шельфового осадконакопления, контроли-

руемого приливами,— большая высота приливов (больше 3—

4 м), как в частично изолированных морях и заливах, например

ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ И ФАШ1И ОТКРЫТОГО МОРЯ

на северо-западе Европы, в Персидском и Калифорнийском за-

ливах, В результате переотложения голоцеповых осадков воз-

никают особые формы рельефа дна шельфа, такие, как

песча-

ные волны

песчаные гряды.

Песчаные волны имеют прямоли-

нейные гребни и располагаются поперек течения. Наиболее тща-

тельно они изучались на юге Северного моря, где они имеют

высоту чаще всего 3—15 м и ширину )50—500 м. Песчаные

гряды (грядовые пески), напротив, располагаются параллельно

направлению течения и имеют большие размеры, В южной ча-

сти Северного моря их высота составляет 10—40 м, ширина

—

2 км, а длина достигает 60 км. В обеих формах развита косая

слоистость.

На более обширных участках шельфа, где осадконакопление

контролируется штормами, а высота прилива редко превышает

2—3 M

значительным источником энергии служат морские

волны, образуемые ветром. Скорость приливного течения

меньше 30 см/с, а скорость течений, создаваемых ветром, дости-

гает 70 см/с. Грядовые пески встречаются на открытых участ-

ках шельфа, например на Атлантическом шельфе США; их не

бывает в более защищенных водоемах с менее сильным вол-

нением, например в Мексиканском заливе. Песчаные гряды мо-

гут иметь такую же форму и такое же происхождение, как и

па приливном шельфе, но дюны и песчаные волны на склонах

гряд встречаются только в морях, подверженных сильным при-

ливам; в морях, где главную роль играют штормы, песчаные

волны имеют второстепенное значение, Джонсон [251] считает,

что перемещение больших масс песка и развитие дюн, песчаных

волн и гряд, создающее широко распространенную косую слои-

стость, происходит в основном в морях, где преобладают при-

ливные процессы, но мне приходилось видеть крупные подвод-

ные барханы, образованные ураганами в районе Большой Ба-

гамской банки, где высота прилива незначительна.

В спокойной, обычна более глубоководной, обстановке пески

сменяются илами; в илистой основной массе можно встретить

отдельные песчаные образования либо в виде отложенных при

штормах прослоев, либо, если поступление песка недостаточно,

в виде «замирающей ряби» с флазерной и линзовидной слои-

стостью. Часто, однако, пески и илы перемешаны в результате

биотурбации. И это тоже характерная черта, так как данная

фация с ее контрастным литологическим составом идеальна для

сохранения ископаемых следов органической жизни. Различные

типы неорганических осадочных текстур, могущие сохраниться

разрезах древних толщ, показаны на рис. 3.1. Косая слои-

стость волновой ряби представляет собой характерный тип тек-

стуры песчаных отложений мелководных морей (рис. 3.2). Знаки

волновой ряби нелегко отличить от текстур, образованных тече-

РИС.

3.1. Фациальная схема кремнисто-обломочных

зоны

[251].

осадков сублиторальной

ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ

ФАЦИИ ОТКРЫТОГО МОРЯ

Меняющееся

направление и разная

степень

асимметрии ряби, часто

'не

согласующиеся

внутренней текстурой

(даскордантность формы)

Текстурные

различия

смежных

серий слойков

-Однонаправленная -

тонкая косая

слоистость

(иногда встречная)

Разросшаяся

линзовидная

[ серия

Шевронная

постройка

ответвляющиеся

облекающие

слойки

Связанная

постройка

Неправильная

волнистая

подошеа серии

слойков

Ровная тонкая

слоистость

разного типа:

прямая

(внизу)

постепенно

переходящая

пологу/о

или

крутую

диагональную

(вверху)

РИС.

3.2.

Общие особенности, характерные

для

тонкой косой слоистости

вол

новой ряби

[98].

ниями, особенно тогда, когда

эти два

процесса взаимодействуют

(а

это

наблюдается часто).

Одно

из

немногих исследовании,

которых одинаково при-

стальное внимание уделено

ос^очному материалу,

фауне

песчаного мелководья, посвящено береговым районам Джорд-

жии

[217].

На

поперечном профиле через этот район выделено

несколько

зон,

характеризующихся рядом особенностей, которые

могут сохраниться

ископаемом состоянии.

Тыловой пляж {backshore beach),

этой зоне относятся тон-

кослоистые пески

со

знаками ряби

слабыми проявлениями

бпотурбации,

что

связано

малым разнообразием

малой плот-

ностью макробентоса; встречаются, однако, поры краба

Ocypode,

Передний пляж (foreshore beach).

Осадки состоят из чистого

мелкого песка, который залегает,

как

правило, полого накло-

ненными

морю сериями, состоящими

из

параллельных

суб-

параллельных слойков. Кроме того, имеются системы мелких

гряд

промоин

меняющимся падением слоев, знаками ряби,

волнистым залеганием

скоплениями раковин, которые, надо

полагать,

не

обладают высоким потенциалом сохранности.

Фауна характеризуется малым разнообразием

высокой плот-

ностью. Осадки слабо биотурбированы; имеются норы десяти-

ногого рака

Callianassa.

Предфронтальная зона пляжа (shoreface).

Здесь также рас-

пространен чистым мелкий песок, образующий 'Параллельные

Заказ

№ 389

ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ И ФАЦИИ ОТКРЫТОГО МОРЯ

субпараллельные тонкослоистые серии в интервале 0—1 м ниже

среднего уровня отлива и серии с тонкой рябыо в интервале

1—2 м ниже среднего уровня отлива. Это отложения, свойст-

венные обстановке с высокой энергией и интенсивным турбу-

лентным воздействием волн. Для фауны характерно малое чи-

сло видов и малая плотность; проявлений биотурбации нет.

Верхняя часть подводного берегового склона (upper

off-

shore).

На глубинах 2—10 м ниже среднего уровня отлива чи-

стые пески сменяются тонкими илистыми песками. В верхней

части этой полосы наблюдается переслаивание илов и песков.

Глубже 5 м всякие признаки слоистости полностью уничто-

жаются биотурбацией. Хорошо сохраняются норы рака

CaIlIa-

nassa;

фауна разнообразна и обильна.

Нижняя часть берегового склона (lower offshore).

Глубже

10 м располагаются чистые средне- и грубозернистые пески

с косой слоистостью крупной ряби. Фауна таксономически бед-

ная,

редкая; имеются остатки сердцевидных морских ежей

Moira,

с жизнедеятельностью которых и связана в основном

умеренная биотурбация песков. Это плейстоценовые реликтовые

пески.

При отсутствии реликтовых песков осложняющим обстоя-

тельством может быть то, что верхняя часть берегового склона

может перейти книзу в зону глинистых илов с богатой фауной

и с текстурой, сильно нарушенной биотурбацией.

«Следы жизни» (Lebenspuren) морских организмов иссле-

дователи из Зенкснбсргского^шститута морской геологии и био-

логии (Внльгсльмсхафен, ФРГ) впервые начали изучать на

блоках осадков. Результаты детальных исследований, проведен-

ных в нескольких далеко отстоящих друг от друга районах,

позволяют предположить, что вертикальные ходы — почти един-

ственный вид следов организмов в береговой зоне между уров-

нем прилива и базисом волн. Это явление связано, очевидно,

с большой интенсивностью физических процессов в данной зоне.

Ниже базиса воли отмечается большое разнообразие следов

жизнедеятельности организмов, включая горизонтальные ходы

(рис. 3.3).

Обращаясь к ископаемому материалу, отметим, что подверг-

шиеся биотурбации аргиллиты и глины с богатой бентосной

фауной, свидетельствующей о спокойных, но достаточно мелко-

водных морских условиях осадконакопления, настолько обычны,

что не требуют какого-либо особого рассмотрения в этом раз-

деле. Целесообразнее обратить внимание на то, в какой мере

текстуры, обнаруживаемые в песчаниках, могут быть использо-

ваны для выяснения различий между обстановками, в которых

главную роль играют приливы и волны.

Скопления песка, созданные приливами, в идеальном слу-

ОСАДКОНАКОПЛЕНIiE И ФАЦИИ ОТКРЫТОГО МОРЯ

Передний \П'редфронтальноя

пляж I зона

Верхняя чаешь

берегового склона

Нижняя часть

берегового склона

^Средний уровень прилива

^-^-^-Средний уровень атлива^^Л^-^

РИС.

3.3, Распределение следов жизнедеятельности организмов вдоль схема-

тизированного профиля через зону пляжа и подводного берегового склона

[103].

/ — норы наземных ракообразных; 2 — прямые вертикальные норы ор-

ганизмов, фильтровавших взвесь нижнего горизонта; J — U-образные ходы

организмов — фнльтраторов или собирателен питательного материала ниж-

него горизонта взвеси; 4 — трубки организмов, фильтровавших верхние гори-

зонты взвеси; 5 — ходы животных, питавшихся осадком; 6 — следы передви-

жения животных, обитавших внутри осадка.

чае должны характеризоваться шевронной косой слоистостью,

указывающей на два противоположных направления движения,

поверхностями повторной активизации и облекающими глини-

стыми пленками (в отложениях со значительным содержанием

глин).

К сожалению, ни один из этих признаков не может за-

страховать от ошибок

[251].

Поверхности активизации и глини-

стые пленки образуются не только в подобных условиях, а ко-

сая слоистость имеет крайне изменчивый облик. Прилив мо-

жет быть гораздо сильнее отлива или наоборот, так что могут

ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ

ФДЦИП ОТКРЫТОГО МОРЯ

преобладать однонаправленные текстуры. Кроме того, слои

с противоположным падением могут отражать значительно

бо-

лее длительные,

а не

ежедневные изменения режима. Мощность

глинистых прослоев часто превышает

1 см» что

представляется

чересчур большой величиной

для

ежесуточных флюктуации

при

реально допустимой скорости осадконакопления.

Одно

из

наиболее подробных описаний песчанистых пород,

сформировавшихся

под

действием приливов, дано

работе

Cy-

этта

и др.

[457],

где

анализируются условия образования кем-

брийских песчаников Эриболл северо-западной Шотландии.

В этой работе приведены розы-диаграммы, спомощью которых

авторы хотели указать

на

существенно бимодальную ориенти-

ровку косой слоистости,

из

которой можно сделать вывод

о се-

веро-восточном

юго-западном направлениях приливно-отлив-

ных течений.

действительности

же из их

рисунка

следует,

что

каждом

из 7

приведенных примеров течения ориентиро-

ваны по-разному

только

немногих случаях

они

прибли-

жаются

простым северо-восточному

юго-западному направ-

лениям.

Для

подтверждения своих выводов авторы указанной

работы привлекают данные

по

ископаемым остаткам, включая

следы спасения (escape structure)

организмов, строматолиты

и текстуры «птичий глаз» (заполненные кальцитом пустоты,

возникшие

осадках

результате деятельности животных

или

водорослей),

также трещины усыхания

вышележащих карбо-

натных породах Дернесс, Однако

все эти

особенности песчани-

ков Эриболл указывают только

на

очень мелководные условия

их образования,

но

ничего

не

говорят

высоте приливов. Если

песчаные волны действительно связаны

приливными процес-

сами,

то

следует отметить,

что о

нескольких примерах древних

отложений, формировавшихся

под

действием таких процессов,

уже сообщалось.

частности,

таких условиях образовались

эоценовыс песчаники Пиренеев

[349].

Обстановки осадконакопления,

которых главную роль

иг-

рают волновые

штормовые воздействия, должны характеризо-

ваться широким развитием покровных песчаников

мощностью

слоев порядка нескольких сантиметров, полосчатой слоистостью

или косой тонкой слоистостью волновой ряби, наиболее замет-

ной

при

наличии шевронных структур. Вероятный пример таких

песчаников представляют нижнекаменноугольные отложения

Ирландии

[98].

Береговые бары.

Береговые бары (barrier islands)— круп-

ные прибрежные скопления песка, вытягивающиеся параллельно

Текстуры спасения возникают

не

только

при

бегстве

от

врагов,

но и

при уходе (перемещении) организмов

из

участков, ставших неблагоприят-

ными

для их

обитания; наиболее обычный случаи

—

перемещение вверх

при

засыпании

нор и

ходов осадком.—

Прим* ред.

ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ

И ФАЦИИ

ОТКРЫ

ИИ о МОРЯ

РИС.

3,4.

Модель фации берегового бара

на

примере острова Галвестон

(Те-

хас)

[35]. а —

план,

б —

разрез.

береговой линии,— являются единственными, помимо коралло-

вых барьерных рифов, морскими отложениями, выступающими

над уровнем моря. Наиболее изученные примеры находятся

в Атлантическом океане

и в

Мексиканском заливе недалеко

от

побережья

США. Со

стороны континента

эти

береговые бары

ограничены мелководными лагунами, имеющими только огра-

ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ

ФАЦИИ ОТКРЫТОГО МОРЯ

Дюны

Намытые гребни

на краю пляжа

Мелко-

среднезернистые,

хорошо отсортированные

пески;

золовая косая

слоистость

Средне-

грубозернистые

necKUj галька; пологая

тонная слоистость

Береговой

бар

Дюны

Намытые гребни

на краю пляжа

Мелко-

среднезернистые,

хорошо отсортированные

пески;

золовая косая

слоистость

Средне-

грубозернистые

necKUj галька; пологая

тонная слоистость

Береговой

бар

Ътшя

заболоченная

полоса берегового

оара

При я ивно -отдивная

дельта

Лагунные пески

тыловой

части оара

Торфянисто-глинистые

пески,

галька;

среднего

размера,

плохо

отсортированные;

широко развитая косая

слоистость

Мелко-

среднезернистый

песок, чистый, хорошо

отсортированный;

редкие

узкие линзы алевритов

Внешний

край

лагуны

Ътшя

заболоченная

полоса берегового

оара

При я ивно -отдивная

дельта

Лагунные пески

тыловой

части оара

%%%%

. * *

•

Торфянисто-глинистые

пески,

галька;

среднего

размера,

плохо

отсортированные;

широко развитая косая

слоистость

Мелко-

среднезернистый

песок, чистый, хорошо

отсортированный;

редкие

узкие линзы алевритов

Внешний

край

лагуны

Лагуна,

Пляж

•

• *У

ж.

—

il£

Мягкие

темно-серые

глинистые алевриты

многочисленными <рукоидами

Средняя часть

лагуны

Солоноватоводное

болото

Край заболоченной

береговой полосы

Русловой гравий

(редко)

Плейстоценовые

отложения

•

• *У

ж.

—

il£

Мягкие

серовато-коричневые

глинистые алы,

обогащенные

органикой; тор(р

Темно-коричневые

глинистые

пески;

корнелосные

слои

Внутренний

край лагуны

Солоноватоводное

болото

Край заболоченной

береговой полосы

Русловой гравий

(редко)

Плейстоценовые

отложения

-.Д

Мягкие

серовато-коричневые

глинистые алы,

обогащенные

органикой; тор(р

Темно-коричневые

глинистые

пески;

корнелосные

слои

Внутренний

край лагуны

РИС.

3,5,

Трансгрессивные фации береговых баров

до

начала эрозии

бе-

рега

[122].

ничейную связь с открытым морем через приливно-отливные

русла (рис, 3.4). Массы песков, которые, как правило, вверх по

разрезу становятся более грубыми и венчаются эоловыми дю-

нами, могут продвигаться в сторону моря, как в случае острова

Галвестон, либо в сторону суши в результате эрозии предфрон-

тальной зоны пляжа и намыва песка морскими штормами. В по-

следнем случае морская трансгрессия приводит, по-видимому,

к образованию последовательности отложений, показанной на

рис. 3.5.

Отложения древних береговых баров можно распознать, если

только обратить самое !Пристальное внимание на всю фациаль-

ную обстановку обширной области. Крупные липзовидпые

массы огрубляющихся вверх по разрезу хорошо отсортирован-

ных песчаников с крупной косой слоистостью должны залегать

в пределах полосы взморья на небольшом расстоянии от пред-

полагаемой береговой линии —в идеальном случае они должны